I/O連線埠

接口的分類

I/O接口的功能是負責實現CPU通過系統匯流排把I/O 電路和外圍設備聯繫在一起，按照電路和設備的複雜程度，I/O接口的硬體主要分為兩大類：

（1）I/O接口晶片

這些晶片大都是積體電路，通過CPU輸入不同的命令和參數，並控制相關的I/O電路和簡單的外設作相應的操作，常見的接口晶片如定時/計數器、中斷控制器、DMA控制器、並行接口等。

（2）I/O接口控制卡

有若干個積體電路按一定的邏輯組成為一個部件，或者直接與CPU同在主機板上，或是一個外掛程式插在系統匯流排插槽上。

按照接口的連線對象來分，又可以將他們分為串列接口、並行接口、鍵盤接口和磁碟接口等。

由於計算機的外圍設備品種繁多，幾乎都採用了機電傳動設備，因此，CPU在與I/O設備進行數據交換時存在以下問題：

速度不匹配：I/O設備的工作速度要比CPU慢許多，而且由於種類的不同，他們之間的速度差異也很大，例如硬碟的傳輸速度就要比印表機快出很多。

時序不匹配：各個I/O設備都有自己的定時控制電路，以自己的速度傳輸數據，無法與CPU的時序取得統一。

信息格式不匹配：不同的I/O設備存儲和處理信息的格式不同，例如可以分為串列和並行兩種；也可以分為二進制格式、ASCII編碼和BCD編碼等。

信息類型不匹配：不同I/O設備採用的信號類型不同，有些是數位訊號，而有些是模擬信號，因此所採用的處理方式也不同。

基於以上原因，CPU與外設之間的數據交換必須通過接口來完成，通常接口有以下一些功能：

（1）設定數據的暫存、緩衝邏輯，以適應CPU與外設之間的速度差異，接口通常由一些暫存器或RAM晶片組成，如果晶片足夠大還可以實現批量數據的傳輸；

（2）能夠進行信息格式的轉換，例如串列和並行的轉換；

（3）能夠協調CPU和外設兩者在信息的類型和電平的差異，如電平轉換驅動器、數/模或模/數轉換器等；

（4）協調時序差異；

（5）地址解碼和設備選擇功能；

（6）設定中斷和DMA控制邏輯，以保證在中斷和DMA允許的情況下產生中斷和DMA請求信號，並在接受到中斷和DMA應答之後完成中斷處理和DMA傳輸。

CPU通過接口對外設進行控制的方式有以下幾種：

這種方式下，CPU通過I/O指令詢問指定外設當前的狀態，如果外設準備就緒，則進行數據的輸入或輸出，否則CPU等待，循環查詢。

這種方式的優點是結構簡單，只需要少量的硬體電路即可，缺點是由於CPU的速度遠遠高於外設，因此通常處於等待狀態，工作效率很低

（2）中斷處理方式

在這種方式下，CPU不再被動等待，而是可以執行其他程式，一旦外設為數據交換準備就緒，可以向CPU提出服務請求，CPU如果回響該請求，便暫時停止當前程式的執行，轉去執行與該請求對應的服務程式，完成後，再繼續執行原來被中斷的程式。